JP4367111B2 - Semiconductor dynamic quantity sensor - Google Patents
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Description
本発明は、半導体力学量センサに係り、特に、支持基板の上に絶縁層を介して活性層を重ねた半導体結晶をエッチングすることにより形成され、センサ素子と外部に接続される電極パッドとを接続する配線を備える半導体力学量センサに関する。 The present invention relates to a semiconductor dynamic quantity sensor, and more particularly to a sensor element formed by etching a semiconductor crystal having an active layer superimposed on a support substrate via an insulating layer, and an electrode pad connected to the outside. The present invention relates to a semiconductor dynamic quantity sensor including wiring to be connected.
従来より、変位可能な可動部等からなるセンサ素子を備える半導体力学量センサが知られている(例えば、特許文献1参照)。かかる半導体力学量センサにおいては、可動部の変位量を電気的に検出する或いは可動部を強制的に振動させる等のために電極が設けられている。これらの電極は、ワイヤ等により外部に接続される電極パッドに接続されており、電極パッドから外部電気回路へ向けてセンサ信号を出力し或いは外部電気回路から供給される信号を電極パッドを介して入力する。 2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor dynamic quantity sensor including a sensor element including a movable part that can be displaced is known (see, for example, Patent Document 1). In such a semiconductor dynamic quantity sensor, an electrode is provided for electrically detecting the displacement amount of the movable part or forcibly vibrating the movable part. These electrodes are connected to an electrode pad connected to the outside by a wire or the like, and output a sensor signal from the electrode pad to an external electric circuit or send a signal supplied from the external electric circuit via the electrode pad. input.
上記した構成においては、センサ素子としての電極と電極パッドとを繋ぐためにその間に配線が介在する。この配線は、電極と同様に、支持基板の上に絶縁層を介して活性層を重ねた半導体結晶をエッチングすることにより形成されるが、上記従来の半導体力学量センサにおいては、この電極と電極パッドとを繋ぐ配線が、その下方に絶縁層が残存した状態で支持基板に固定される。
ところで、上記の如くエッチング処理が施されても配線下方の絶縁層が残るようにするためには、その配線の太さを比較的太くすることが必要である。しかしながら、配線が太くなると、その分、配線の専有スペースが広がり、センサ自体の小型化を図ることが困難となる。一方、エッチング処理によって配線下方の絶縁層がすべて除去される程度に配線太さを細くすることとすれば、配線の専有スペースが縮小され、センサの小型化を図ることは可能となるが、この場合には、配線の下方に絶縁層が存在しなくなるために配線が支持基板から浮いた状態となり、その撓み変形や変位に起因して支持基板に接触する事態が生じ得る。配線が支持基板に直接に接触すると、適切にセンサ信号を取り出したり或いは可動部を振動させることは不可能となる。 By the way, in order for the insulating layer below the wiring to remain even if the etching process is performed as described above, it is necessary to relatively increase the thickness of the wiring. However, when the wiring becomes thicker, the exclusive space for the wiring is increased accordingly, and it is difficult to reduce the size of the sensor itself. On the other hand, if the wiring thickness is reduced to such an extent that the insulating layer under the wiring is completely removed by the etching process, the space occupied by the wiring can be reduced and the sensor can be downsized. In some cases, the insulating layer no longer exists below the wiring, so that the wiring floats from the support substrate, and a situation may occur where the wiring contacts the support substrate due to the deformation or displacement thereof. When the wiring is in direct contact with the support substrate, it is impossible to properly extract the sensor signal or vibrate the movable part.
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、配線の専有スペースをできるだけ縮小しつつ、配線の支持基板への接触を抑制することが可能な半導体力学量センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described points, and an object of the present invention is to provide a semiconductor dynamic quantity sensor capable of suppressing the contact of the wiring with the support substrate while reducing the exclusive space of the wiring as much as possible. And
上記の目的は、支持基板の上に絶縁層を介して活性層を重ねた半導体結晶をエッチングすることにより形成され、センサ素子と外部に接続される電極パッドとを接続する配線を備える半導体力学量センサであって、前記配線の途中に、該配線の本体部に比べて大きな幅を有し、前記支持基板に前記絶縁層を介して固定される拡幅部を設け、該拡幅部を前記配線上で所定長ごとに設置すると共に、前記所定長は、前記配線の前記支持基板側への張り付き力が前記配線の張り付き方向におけるバネ反力よりも小さくなる長さに設定されている半導体力学量センサにより達成される。
The above object is achieved by etching a semiconductor crystal in which an active layer is stacked on a support substrate via an insulating layer, and includes a semiconductor dynamic quantity including wiring for connecting a sensor element and an electrode pad connected to the outside. In the sensor, a widened portion is provided in the middle of the wiring, which has a width larger than that of the main body of the wiring, and is fixed to the support substrate via the insulating layer, and the widened portion is disposed on the wiring. And the predetermined length is set to such a length that the sticking force of the wiring to the support substrate side is smaller than the spring reaction force in the sticking direction of the wiring. Is achieved.
請求項1記載の発明において、センサ素子と電極パッドとを繋ぐ配線の一部には、他の部位に比べて幅の大きい拡幅部が設けられている。かかる構成においては、配線部分が絶縁層のエッチング除去によって支持基板から浮いた状態になるようにその太さを細く形成することとしても、拡幅部の下方の絶縁層がエッチングによって除去されずに残存することが可能である。この場合、配線は、拡幅部で絶縁層を介して支持基板に固定されつつ、他の部位で支持基板から浮いた状態となる。従って、配線の太さを細くすることによって配線の専有スペースを縮小することができると共に、拡幅部の存在によって配線の支持基板への接触を抑制することできる。 In the first aspect of the present invention, a part of the wiring connecting the sensor element and the electrode pad is provided with a widened portion having a width larger than that of other portions. In such a configuration, the insulating layer under the widened portion remains without being removed by etching, even if the wiring portion is formed thin so that the insulating layer is lifted from the support substrate by etching away. Is possible. In this case, the wiring is fixed to the support substrate via the insulating layer at the widened portion, and is floated from the support substrate at another portion. Therefore, by reducing the thickness of the wiring, the exclusive space for the wiring can be reduced, and the presence of the widened portion can suppress the contact of the wiring with the support substrate.
また、本発明において、拡幅部は、配線上で所定長ごとに設置されているので、配線のうち比較的幅の小さい本体部の支持基板への接触を確実に防止することができる。
この場合、上記した半導体力学量センサにおいて、前記本体部は、その下方の前記絶縁層がエッチングにより除去されることにより前記支持基板から浮くと共に、前記拡幅部は、その下方の前記絶縁層がエッチングによっても残存することにより前記支持基板に該絶縁層を介して固定されることとすればよい。
In the present invention, since the widened portion is provided for each predetermined length on the wiring, it is possible to reliably prevent contact of the main body portion having a relatively small width with respect to the support substrate.
In this case, in the above-described semiconductor dynamic quantity sensor, the main body portion is floated from the support substrate by the etching of the insulating layer below the main body portion , and the widened portion is etched by the insulating layer below the main body portion. In other words, it may be fixed to the support substrate via the insulating layer.
この場合、上記した半導体力学量センサにおいて、前記所定長は、前記配線の前記支持基板側への張り付き力が前記配線の張り付き方向におけるバネ反力よりも小さくなる長さに設定されていることとすればよい。
また、上記した半導体力学量センサにおいて、前記配線の非直線部分についての前記所定長は、該配線の直線部分についての前記所定長よりも短い長さに設定されていることとすればよい。
また、上記した半導体力学量センサにおいて、前記本体部は、前記センサ素子の可動電極の太さと同程度の太さを有することとすればよい。
更に、上記した半導体力学量センサにおいて、前記拡幅部は、方形状に形成されていることとすればよい。
In this case, in the above-described semiconductor dynamic quantity sensor, the predetermined length is set to a length in which a sticking force of the wiring to the support substrate side is smaller than a spring reaction force in the sticking direction of the wiring. do it.
In the semiconductor dynamic quantity sensor described above, the predetermined length for the non-linear portion of the wiring may be set to be shorter than the predetermined length for the linear portion of the wiring.
In the semiconductor dynamic quantity sensor described above, the main body may have a thickness that is approximately the same as the thickness of the movable electrode of the sensor element.
Furthermore, in the semiconductor dynamic quantity sensor described above, the widened portion may be formed in a square shape.
本発明によれば、配線を支持基板から浮く程度に細くすることによって配線の専有スペースを縮小しつつ、拡幅部の存在によって配線の支持基板への接触を抑制することできる。 According to the present invention, it is possible to reduce the exclusive space of the wiring by thinning the wiring so that it floats from the support substrate, and to suppress the contact of the wiring with the support substrate due to the presence of the widened portion.
また、本発明によれば、配線のうち比較的幅の小さい本体部の支持基板への接触を確実に防止することができる。
Moreover, according to this invention, the contact to the support substrate of the main-body part with comparatively small width | variety among wiring can be prevented reliably.
図1は、本発明の一実施例である半導体力学量センサ10の全体平面図を示す。本実施例の半導体力学量センサ10は、例えば車両等に搭載されており、車両の重心軸回りに生ずる角速度を検出するための半導体センサである。 FIG. 1 is an overall plan view of a semiconductor dynamic quantity sensor 10 according to an embodiment of the present invention. The semiconductor dynamic quantity sensor 10 of this embodiment is a semiconductor sensor that is mounted on, for example, a vehicle or the like and detects an angular velocity generated around the center of gravity axis of the vehicle.
本実施例において、半導体力学量センサ10は、センサ素子12を備えている。センサ素子12は、シリコンからなる略方形状の支持基板と、支持基板上に形成された所定厚さを有するシリコン酸化膜からなる絶縁層(犠牲層)と、絶縁層上に形成されたシリコンからなる活性層と、を積層したシリコン半導体結晶の表面に微細加工によるエッチングを施すことにより形成される。センサ素子12は、所定質量を有するシリコンからなる振動子14を備えている。振動子14は、その下方の絶縁層がエッチング(犠牲層エッチング)により除去されることにより支持基板から浮いた状態にあると共に、支持基板に固定されたアンカ16に梁18,20を介して連結されており、支持基板に支持されている。梁18は、アンカ16に対する振動子14の図中X軸方向への変位を許容する梁である。また、梁20は、アンカ16に対する振動子14の図中Y軸方向への変位を許容する梁である。従って、振動子14は、支持基板に対してX軸方向及びY軸方向の双方に振動可能に構成されている。
In this embodiment, the semiconductor dynamic quantity sensor 10 includes a sensor element 12. The sensor element 12 includes a substantially rectangular support substrate made of silicon, an insulating layer (sacrificial layer) made of a silicon oxide film having a predetermined thickness formed on the support substrate, and silicon formed on the insulating layer. It is formed by performing etching by microfabrication on the surface of the silicon semiconductor crystal laminated with the active layer. The sensor element 12 includes a vibrator 14 made of silicon having a predetermined mass. The vibrator 14 is in a state of floating from the support substrate by removing the insulating layer below it by etching (sacrificial layer etching), and is connected to an
センサ素子12は、また、それぞれ複数の電極指を有する櫛歯状に形成された、駆動電極部22、駆動モニタ電極部24、検出電極部26、離調調整電極部28、及び検出方向駆動電極部30を備えている。これらの電極部22〜30はそれぞれ、振動子14と一体に設けられた可動電極と、支持基板上に固定された固定電極と、を有している。各電極部22〜30において、可動電極と固定電極とは、常態で所定の隙間を空けて対向するように配置されている。
The sensor element 12 also has a drive electrode portion 22, a drive
駆動電極部22は、固定電極への励磁電圧の印加によって固定電極と可動電極との間に静電引力を作用させることにより振動子14を支持基板に対してX軸方向に振動駆動させるための電極を構成している。駆動モニタ電極部24は、振動子14のX軸方向の変位に伴う固定電極と可動電極との間の静電容量の変化を検出することにより振動子14の支持基板に対するX軸方向への駆動をモニタするための電極を構成している。検出電極部26は、振動子14のY軸方向の変位に伴う固定電極と可動電極との間の静電容量の変化を検出することにより振動子14の支持基板に対するY軸方向の振動変位を検出するための電極を構成している。以下、適宜、X軸方向を振動子14の駆動方向と、Y軸方向を振動子14の検出方向と、それぞれ称す。
The drive electrode unit 22 is configured to drive the vibrator 14 to vibrate in the X-axis direction with respect to the support substrate by applying an electrostatic attractive force between the fixed electrode and the movable electrode by applying an excitation voltage to the fixed electrode. It constitutes an electrode. The drive
また、離調調整電極部28は、固定電極への直流バイアス電圧の印加によって固定電極と可動電極との間に静電引力を作用させることにより振動子14の検出方向への検出振動の共振周波数を変更し、検出振動のゲイン(実効検出振動Q値)を変更するための電極を構成している。尚、離調調整とは、振動子14の検出振動の共振周波数と駆動方向の共振周波数との差を調整することをいう。検出方向駆動電極部30は、固定電極への励磁電圧の印加によって固定電極と可動電極との間に静電引力を作用させることにより振動子14を支持基板に対してY軸方向(検出方向)に駆動させるための電極を構成している。
In addition, the detuning
各電極部22〜30の固定電極には、配線32を介して、絶縁層上に形成されたベース部34が接続されている。各ベース部34の上面には、アルミニウム等の導電金属からなる外部に電位を取り出す或いは外部から電位を取り入れるための方形状の電極パッド36が配設されている。電極パッド36の上面には、アルミニウム等からなる接続導線(ワイヤ)が接合されている。
A
また、本実施例において、センサ素子12の上面には、振動子14、梁18,20、各種電極部22〜30、配線32、及び電極パッド36を覆うように方形状のガラス蓋が固着されている。かかる構造において、振動子14は、支持基板、絶縁層、及び活性層とガラス蓋とにより密閉される空間内で振動可能に構成されている。
In this embodiment, a rectangular glass lid is fixed to the upper surface of the sensor element 12 so as to cover the vibrator 14, the
次に、本実施例の半導体力学量センサ10の製造方法を工程順に説明する。 Next, the manufacturing method of the semiconductor dynamic quantity sensor 10 of the present embodiment will be described in the order of steps.
まず、シリコンからなる支持基板と、その上面に数μmの厚さのシリコン酸化膜である絶縁層と、数十μmの厚さのシリコンからなる活性層と、を積層してなるSOI(Silicon On Insulator)ウエハの上面全体にシリコン酸化膜を形成する(第1工程)。次に、SOIウエハ上のシリコン酸化膜のパターンニングを行い、振動子14、電極部22〜30、ベース部34配線32、及び梁18,20に相当する部分とこの部分に僅かな幅を加えた部分とを形成する(第2工程)。そして、活性層をRIE(反応性イオンエッチング)等でエッチングして、後に振動子14となる部分に貫通孔を形成すると共に、絶縁層上にベース部34、電極部22〜30の固定電極、及び枠体を形成し、振動子14、電極部22〜30の可動電極、配線32、及び梁18,20に相当する部分を残す(第3工程)。
First, an SOI (Silicon On) formed by laminating a support substrate made of silicon, an insulating layer made of a silicon oxide film having a thickness of several μm, and an active layer made of silicon having a thickness of several tens of μm on the upper surface thereof. Insulator) A silicon oxide film is formed on the entire upper surface of the wafer (first step). Next, patterning of the silicon oxide film on the SOI wafer is performed, and a portion corresponding to the vibrator 14, the electrode portions 22 to 30, the
次に、酸化シリコンを溶解する一方でシリコンを溶解しないフッ酸水溶液(エッチング液)で満たされた槽内にウエハを浸漬し、振動子14、電極部22〜30の可動電極、配線32、及び梁18,20と支持基板とに挟まされる絶縁層を等方性エッチングで除去し、振動子14、電極部22〜30の可動電極、配線32、及び梁18,20を形成する(第4工程)。そして、アルミ膜を電極パッド36に相当する部分にスパッタリング法等により形成し、電極パッド36を形成する(第5工程)。次に、電極パッド36の上面にアルミニウムからなる接続導線(ワイヤ)Wを超音波ワイヤボンディング法等により接合し、これらの接続導線を電気回路(図示せず)の端子に接続する(第7工程)。そして、最後に、真空中において上述したガラス蓋(図示せず)を枠体上面に陽極接合等により固着する(第8工程)。
Next, the wafer is immersed in a bath filled with a hydrofluoric acid aqueous solution (etching solution) that dissolves silicon oxide but does not dissolve silicon, and the vibrator 14, the movable electrodes of the electrode portions 22 to 30, the
次に、本実施例の半導体力学量センサ10のセンサとしての動作について説明する。本実施例において、電気回路は、振動子14をその固有振動数でX軸方向に一定振幅で振動させるべく、互いに逆相の駆動用信号を駆動電極部22の固定電極に電極パッド36を介して供給する。また、振動子14のY軸方向の振動を検出すべく、互いに逆相の検出用信号を検出方向駆動電極30の固定電極に電極パッド36を介して供給する。
Next, the operation of the semiconductor dynamic quantity sensor 10 of this embodiment as a sensor will be described. In this embodiment, the electric circuit transmits driving signals of opposite phases to the fixed electrode of the driving electrode portion 22 via the electrode pad 36 in order to vibrate the vibrator 14 at its natural frequency and with a constant amplitude in the X-axis direction. Supply. Further, in order to detect the vibration of the vibrator 14 in the Y-axis direction, detection signals having opposite phases to each other are supplied to the fixed electrode of the detection
駆動電極部22の固定電極に上記の如き駆動用信号が供給されると、駆動電極部22の固定電極と可動電極との間に静電引力が発生することにより、振動子14が固有振動数でX軸方向に一定振幅で振動する。かかる振動子14の励振状態においてX軸に直交しかつY軸にも直交するZ軸(図1において紙面を貫く方向)回りの角速度が発生すると、振動子14に、X軸方向の振動速度Vx、質量m、及び角速度Ωzに応じたY軸方向(検出方向)へのコリオリ力Fc=2m・Vx・Ωzが作用する。かかるコリオリ力が作用すると、振動子14はY軸方向へ変位し、角速度Ωzの大きさに比例した振幅でかつX軸方向へ駆動振動の周波数に応じた周期で振動振幅する。 When the driving signal as described above is supplied to the fixed electrode of the drive electrode unit 22, an electrostatic attractive force is generated between the fixed electrode and the movable electrode of the drive electrode unit 22, so that the vibrator 14 has a natural frequency. Vibrates with a constant amplitude in the X-axis direction. When an angular velocity about the Z-axis (the direction penetrating the paper surface in FIG. 1) perpendicular to the X-axis and also perpendicular to the Y-axis is generated in the excited state of the vibrator 14, the vibrator 14 has a vibration speed Vx in the X-axis direction. , Mass m, and Coriolis force Fc = 2m · Vx · Ωz in the Y-axis direction (detection direction) according to the angular velocity Ωz acts. When such a Coriolis force is applied, the vibrator 14 is displaced in the Y-axis direction, and vibrates with an amplitude proportional to the magnitude of the angular velocity Ωz and a period according to the frequency of the drive vibration in the X-axis direction.
振動子14がY軸方向において振動すると、検出電極部26の可動電極と固定電極との隙間がコリオリ力の大きさの分だけ変化する。また、振動子14に一体に形成された2つの検出電極部26の可動電極が互いにY軸方向において同一方向に振動するため、一方の可動電極と固定電極との間の静電容量と、他方の可動電極と固定電極との間の静電容量とが互いに逆方向に変化する。これらの静電容量変化を表す信号は、2つの検出電極部26の電極パッド36を介して電気回路に入力される。電気回路は、入力された静電容量信号に基づいて上記したZ軸回りの角速度を検出する。
When the vibrator 14 vibrates in the Y-axis direction, the gap between the movable electrode and the fixed electrode of the
ところで、本実施例の半導体力学量センサ10においては、センサ素子12の各固定電極と、その電極を外部電気回路に接続させるための電極パッド36との間に、両者を繋ぐ配線32が介在するが、これらの配線32は、各電極と同様に、支持基板の上に絶縁層を介して活性層を重ねたシリコン半導体結晶にエッチングを施すことにより形成されるものである。
By the way, in the semiconductor dynamic quantity sensor 10 of the present embodiment, the
しかしながら、配線32の下方の絶縁層をエッチング処理を施しても残存させることによって、配線32全体を絶縁層を介して支持基板に固定しようとすると、その配線32の太さを、エッチング処理によってその下方の絶縁層が除去される可動電極の太さよりも太くすることが必要となるので、その分、配線32の専有スペースが増大し、センサ10自体の小型化を図ることが困難となる。一方、上記の不都合を回避すべく、エッチング処理によって配線下方の絶縁層がすべて除去される程度に配線32の太さを可動電極と同程度に細くすることとすると、配線32の専有スペースの縮小を図ることはできる一方で、配線下方の絶縁層がエッチング処理により除去されるために配線32が支持基板から浮いた状態となり、その撓み変形や変位に起因して配線32と支持基板とが接触(リーク)する事態が生じ、その結果として、電極からのセンサ信号の取り出しや電極への駆動信号の供給を適切に行うことが不可能となってしまう。
However, if the insulating layer below the
そこで、本実施例の半導体力学量センサ10は、上記した不都合を回避すべき構造を有している。以下、図2乃至図6を参照して、本実施例の特徴部について説明する。 Therefore, the semiconductor dynamic quantity sensor 10 of the present embodiment has a structure that should avoid the above-described disadvantages. Hereafter, the characteristic part of a present Example is demonstrated with reference to FIG. 2 thru | or FIG.
図2は、本実施例の半導体力学量センサ10の要部平面図を示す。図3は、図2に示す半導体力学量センサ10を切断した際の断面図を示す。また、図4は、本実施例の特徴的な構造である配線拡幅部の製造方法を工程順に並べた図を示す。尚、図3(A)には直線III−IIIで切断した際の断面図を、図3(B)には直線IV−IVで切断した際の断面図を、それぞれ示している。 FIG. 2 is a plan view of the main part of the semiconductor dynamic quantity sensor 10 of the present embodiment. FIG. 3 shows a cross-sectional view of the semiconductor dynamic quantity sensor 10 shown in FIG. FIG. 4 is a diagram in which the method for manufacturing the wiring widening portion, which is a characteristic structure of the present embodiment, is arranged in the order of steps. 3A shows a cross-sectional view taken along line III-III, and FIG. 3B shows a cross-sectional view taken along line IV-IV.
図2に示す如く、本実施例の半導体力学量センサ10において、センサ素子12の各固定電極と電極パッド36とを繋ぐ配線32は、配線本体32aと、該配線本体32aよりも幅の大きい(太さの太い)方形状の配線拡幅部(アンカ)32bと、により構成されている。すなわち、配線32の途中には、配線本体32aに比べて幅の大きい配線拡幅部32bが設けられている。配線本体32aは、センサ素子12の各可動電極の太さと同程度の太さを有しており、その下方の絶縁層42が等方性エッチングにより除去されることにより図3(A)に示す如く支持基板40から浮いた状態となる。一方、配線拡幅部(アンカ)32bは、センサ素子12の各可動電極の太さよりも幅の大きい太さを有しており、その下方の絶縁層42が等方性エッチングによっても一部残存することにより図3(B)に示す如く絶縁層42を介して支持基板40に固定された状態となる。
As shown in FIG. 2, in the semiconductor dynamic quantity sensor 10 of the present embodiment, the
すなわち、かかるセンサ素子12においては、配線32の製造段階における半導体結晶上へのパターンニングを配線本体32a部分と配線拡幅部32b部分とが区別されるように、具体的には、配線本体32a部分が比較的細くなり、一方、配線拡幅部32b部分が比較的太くなるように行うこと(図4(A))とすれば、配線拡幅部32bの幅(太さ)が配線本体32aのものよりも大きくなる(図4(B))ため、その後、溶液による等方性エッチングが施されると、配線本体32aの下方の絶縁層42の除去によって配線本体32aは支持基板40から浮く一方、配線拡幅部32bの下方の絶縁層42の一部残存によって配線拡幅部32bはその絶縁層42を介して支持基板40に固定されることとなる(図4(C))。
That is, in the sensor element 12, specifically, the wiring
このような半導体力学量センサ10の構造においては、配線本体32aが支持基板40から浮く程度にその太さを細くすることができるので、配線本体32a自体が絶縁層42を介して支持基板40に固定される場合よりも、配線32の専有スペースを縮小することが可能となる。また、このように配線本体32aが支持基板40から浮くと、その配線本体32aが支持基板40に接触する可能性が生じ得るが、本実施例の構造においては、配線32がその途中の配線拡幅部32bにおいて絶縁層42を介して支持基板40に固定されるので、支持基板40から浮く配線本体32aを含む配線32の支持基板40への接触を抑制することが可能となる。
In such a structure of the semiconductor dynamic quantity sensor 10, the thickness of the
尚、配線拡幅部32b間の配線32の長さ(配線長)Lが大きくなるほど、その支持基板から浮く配線本体32aの支持基板側への撓みが生じ易くなり、配線本体32aが支持基板に接触し易くなる。この点、配線32の支持基板40への接触を確実に防止するためには、配線拡幅部32b間の配線32の長さ(配線長)Lを適当に設定する必要があり、どのくらいの配線長Lごとに配線拡幅部32bを設けるのかを把握する必要がある。以下、配線拡幅部32間の配線長Lの最適値について説明する。但し、この最適値は半導体結晶を構成する活性層の材質や配線32の形状等により異なるものとなるが、以下では、活性層をシリコンから構成した場合について説明する。
As the length (wiring length) L of the
図5は、配線32及びその下方の寸法を表した図を示す。また、図6は、配線拡幅部32b間の配線長Lについての解析結果を表した図を示す。配線32の配線本体32aが支持基板40へ接触しないためには、配線本体32aが支持基板40側へ変形・変位しようとする際の力として作用する張り付き力(スティッキング力)Fsが、配線拡幅部32b間の配線本体32aの剛性を示す配線32の張り付き方向におけるバネ反力Fkよりも小さければよい。すなわち、Fs/Fk<1が成立すればよい。
FIG. 5 is a diagram showing the
上記したスティッキング力Fsは、等方性エッチング後に活性層である配線本体32aと支持基板40との間に溜まる液体の表面に作用する圧力PLと、配線拡幅部32b間の配線本体32aの面積A(=L×W;Lは上記した配線長であり、Wは配線本体32aの幅(太さ)である。)との積で表すことができる。そして、上記した圧力PLは、液体の表面張力γと、配線本体32aと液体との接触角θと、活性層下面と支持基板40との対向距離すなわち絶縁層42の厚さdと、により次式(1)の如く表すことができる。
The sticking force Fs described above includes the pressure PL acting on the surface of the liquid accumulated between the
PL=2×γ×cosθ/d ・・・(1)
また、上記したバネ反力Fkは、配線拡幅部32b間における配線32のバネ定数kと絶縁層42の厚さdとの積で表すことができる。そして、このバネ定数kは、配線本体32aの幅Wと上下方向の厚さ(活性層厚)Tと配線長Lとにより次式(2)の如く表すことができる。
PL = 2 × γ × cos θ / d (1)
The spring reaction force Fk described above can be expressed by the product of the spring constant k of the
k=W×T3/L3 ・・・(2)
従って、次式(3)に示す関係が満たされれば、配線本体32aの支持基板40への接触を確実に防止できる。
k = W × T 3 / L 3 (2)
Therefore, when the relationship expressed by the following expression (3) is satisfied, the contact of the
ここで、γ=20×10-3[N/m]と、cosθ=0.5とそれぞれ仮定し、また、絶縁層42の厚さ(対向距離)dを4[μm]と、活性層厚Tを40[μm]と固定した状況下において、配線長Lを500[μm]、1500[μm]、2000[μm]、及び2500[μm]とそれぞれに変化させると、バネ定数kは配線長Lの3乗に反比例するので、上記したスティッキング力Fs及びバネ反力Fkが図6に示す如く変化する。そして、この解析において、スティッキング力Fsとバネ反力FkとがFs/Fk<1の関係を満たす配線長Lは、500[μm]と1500[μm]との2つとなる。
Here, γ = 20 × 10 −3 [N / m] and cos θ = 0.5 are assumed, respectively, and the thickness (opposite distance) d of the insulating
従って、本実施例の半導体力学量センサ10がかかる構造を有しているものとした場合には、配線拡幅部32b間の配線長Lを最大で1500μm程度に設定することとすれば、すなわち、配線拡幅部32bを最大1500μmごとに設置することとすれば、支持基板40から浮いた状態となる配線本体32aの支持基板40への接触を確実に防止することが可能となる。尚、配線32の直線部分については、配線拡幅部32b間の配線長Lを上記した解析結果に従って設定することが有効であるが、配線32のL字部分や曲線部分等の非直線部については、配線長Lを直線部分についてのものよりも短く設定することが適切である。
Therefore, when the semiconductor dynamic quantity sensor 10 of the present embodiment has such a structure, if the wiring length L between the
このように、本実施例の半導体力学量センサ10によれば、配線32を比較的細い配線本体32aと比較的太い配線拡幅部32bとにより構成し、配線拡幅部32b間の配線長Lを最適値に設定することで、配線32の専有スペースをできるだけ縮小しつつ、配線32の支持基板40への接触を確実に防止することができる。このため、本実施例においては、半導体力学量センサ10の小型化を図りつつ、その機能を適切に確保することが可能となる。
Thus, according to the semiconductor dynamic quantity sensor 10 of the present embodiment, the
尚、上記の実施例においては、配線拡幅部32bが特許請求の範囲に記載した「拡幅部」に、配線本体32aが特許請求の範囲に記載した「他の部位」に、それぞれ相当している。
In the above-described embodiment, the
ところで、上記の実施例においては、半導体力学量センサ10としてZ軸回りの角速度を検出するための半導体センサを用いることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、加速度や減速度等の力学量を検出する半導体センサに適用することも可能である。 In the above embodiment, a semiconductor sensor for detecting an angular velocity around the Z axis is used as the semiconductor dynamic quantity sensor 10, but the present invention is not limited to this, and acceleration and deceleration are not limited thereto. It is also possible to apply to a semiconductor sensor that detects a mechanical quantity such as.
10 半導体力学量センサ
12 センサ素子
32 配線
32a 配線本体
32b 配線拡幅部
36 電極パッド
40 支持基板
42 絶縁層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor mechanical quantity sensor 12
Claims (5)
前記配線の途中に、該配線の本体部に比べて大きな幅を有し、前記支持基板に前記絶縁層を介して固定される拡幅部を設け、
該拡幅部を前記配線上で所定長ごとに設置すると共に、
前記所定長は、前記配線の前記支持基板側への張り付き力が前記配線の張り付き方向におけるバネ反力よりも小さくなる長さに設定されていることを特徴とする半導体力学量センサ。 A semiconductor dynamic quantity sensor formed by etching a semiconductor crystal having an active layer superimposed on a support substrate via an insulating layer, and comprising a wiring for connecting a sensor element and an electrode pad connected to the outside,
In the middle of the wiring, there is provided a widened portion that has a larger width than the main body of the wiring and is fixed to the support substrate via the insulating layer,
The widened portion is installed on the wiring every predetermined length , and
The semiconductor dynamic quantity sensor according to claim 1, wherein the predetermined length is set to a length in which a sticking force of the wiring to the support substrate side is smaller than a spring reaction force in a sticking direction of the wiring .
前記拡幅部は、その下方の前記絶縁層がエッチングによっても残存することにより前記支持基板に該絶縁層を介して固定されることを特徴とする請求項1記載の半導体力学量センサ。 The main body portion floats from the support substrate when the insulating layer below the main body portion is removed by etching, and
2. The semiconductor dynamic quantity sensor according to claim 1, wherein the widened portion is fixed to the support substrate via the insulating layer when the insulating layer below the remaining portion is left by etching.
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